电动交通工具、电动滑板和自平衡电动交通工具的制作方法
【专利说明】
[0001]相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年5月6日提交的序列号为61/820,043的美国临时专利申请的 优先权，该申请由此通过引用并入。
技术领域
[0003] 本公开一般涉及自稳定电动交通工具。 【实用新型内容】
[0004] 在一个示例中，电动交通工具可包括板、轮子组件、马达组件、至少一个传感器和 马达控制器。板可包括第一板面部分和第二板面部分，第一板面部分和第二板面部分各自 配置为接收骑者的左脚或右脚。轮子组件可设置在第一板面部分和第二板面部分之间并且 包括地面接触元件。马达组件可安装到板并且配置为使地面接触元件围绕轴旋转，以推进 电动交通工具。所述至少一个传感器可配置为测量板的取向信息。马达控制器可配置为接 收由传感器测量的取向信息并且基于取向信息使马达组件推进电动交通工具。电动交通工 具可以包括恰好一个地面接触元件。
[0005] 在另一个示例中，电动滑板可包括脚板面、恰好一个地面接触轮子、至少一个传感 器和电动马达。脚板面可具有第一板面部分和第二板面部分，第一板面部分和第二板面部 分各自配置为支撑骑者的脚。所述一个地面接触轮子可设置在第一板面部分和第二板面之 间，并且配置为围绕轴旋转以推进滑板。所述至少一个传感器可配置为测量脚板面的取向。 电动马达可配置为基于脚板面的取向引起轮子的旋转。
[0006] 在另一个示例中，自平衡电动交通工具可包括框架、第一板面部分和第二板面部 分、轮子、至少一个传感器、马达控制器以及马达。框架可界定平面。第一板面部分可安装到 框架并且配置为支撑骑者的第一只脚。第二板面部分可安装到框架并且配置为支撑骑者的 第二只脚。轮子可在板面部分之间安装到框架，在平面上方和下方延伸，并且配置为围绕位 于该平面中的轴线旋转。所述至少一个传感器可安装到框架并且配置为感测框架的取向信 息。马达控制器可配置为从传感器接收取向信息，并且响应于该取向信息生成马达控制信 号。马达可配置为从马达控制器接收马达控制信号，并且作为回应旋转轮子，因此推进滑 板。
【附图说明】
[0007] 图1是骑者在包括轮子组件以及俯仰轴线、侧倾轴线和偏航轴线的电动交通工具 上的透视图。
[0008] 图2是包括轮毂马达的轮子组件的分解透视图。
[0009] 图3是沿俯仰轴线截取的轮毂马达的半示意性剖视图。
[0010] 图4是电动交通工具的底侧的透视图。
[0011] 图5是电动交通工具的各种电气部件的示意图。
[0012] 图6是示出电气部件的示例性的初始化程序、待命程序和操作程序的流程图。
[0013] 图7是在第一取向上的电动交通工具的侧视图。
[0014] 图8是移动到第二取向以激活用于轮毂马达的控制回路的电动交通工具的侧视 图。
[0015] 图9是移动到第三取向以在顺时针方向上驱动轮毂马达的电动交通工具的侧视 图。
[0016] 图10是移动到第四取向以在逆时针方向上驱动轮毂马达的电动交通工具的侧视 图。
[0017] 图11是移动到第五取向以调节轮毂马达的旋转速率的电动交通工具的半示意性 前视图。
[0018] 图12是移动到第六取向以调节轮毂马达的旋转速率的电动交通工具的半示意性 俯视图。
[0019] 图13是包括与无线电子装置通信的电动交通工具的系统的示意图。
[0020] 图14是用于无线电子装置的软件应用程序的示意图。
[0021] 图15是软件应用程序的示例性屏幕截图。
[0022] 图16是软件应用程序的另一个示例性屏幕截图，其示出导航特征。
[0023]图17是软件应用程序的另一个示例性屏幕截图，其示出另一个导航特征。
[0024] 图18是软件应用程序的半示意性屏幕截图，其示出旋转图像。
[0025] 图19是由软件应用程序的一个实施例执行的操作的图示。
[0026]图20A和图20B当一起观看时是由软件应用程序的一个实施例执行的操作的另一 个图示。
[0027] 图21是包括与多个电动交通工具通信的无线电子装置的系统的示意图。
[0028] 图22是包括与多个无线电子装置通信的电动交通工具的系统的示意图。
[0029] 图23是说明性数据处理系统的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 电动交通工具在下文中被描述并且在相关的附图中被示出。除非另有规定，否则 电动交通工具和/或其各种部件可以但并非必需地包含本文中所描述的、示出的和/或并入 的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外，本文中结合系统或方法所描述的、示出 的和/或并入的结构、部件、功能和/或变型可以但并非必需地被包括在其他类似系统和方 法中。各种实施例的以下描述本质上仅仅是示例性的，而绝非意图限制本实用新型、本实用 新型的应用或用途。
[0031] 图1-23中示出通常表示为100的电动交通工具以及与其相关的部件和功能。交通 工具100可以是自稳定交通工具和/或自平衡交通工具，诸如电力驱动的单轮式自平衡滑 板。交通工具100可具有类似于冲浪板或滑雪板的骑者姿态和/或动作，其可使交通工具100 骑行直观并且提供增加的安全性。
[0032] 如图1所示，交通工具100可包括板(或脚板面，或框架，或平台）104，该板104具有 用于将轮子组件112接纳在第一板面部分(或脚踏板)116和第二板面部分(或脚踏板）120之 间的开口 108。第一板面部分116和第二板面部分120可以是同一物理件或可以是分开的件。 第一板面部分116和第二板面部分120可以被包括在板104中。第一板面部分116和第二板面 部分120可各自配置为支撑骑者的脚。第一板面部分116和第二板面部分120可各自配置为 接纳骑者的左脚或右脚。
[0033] 框架104可界定平面。第一板面部分116可安装到框架104并且配置为支撑骑者的 第一只脚。第二板面部分120可安装到框架104并且配置为支撑骑者的第二只脚。
[0034] 轮子组件112可设置在第一板面部分116与第二板面部分120之间。第一板面部分 116和第二板面部分120可位于轮子组件112的相对侧上，其中板104经设定尺寸以近似滑 板。在其他实施例中，板可近似长板滑板、滑雪板、冲浪板或可以其他方式被期望地设定尺 寸。板104的板面部分116、120可被防滑材料部分124、128(例如"砂纸"）覆盖以帮助骑者控 制。
[0035] 轮子组件112可包括地面接触元件(例如，轮胎、轮子或连续履带）132。如所示，交 通工具100包括恰好一个地面接触元件132,并且所述恰好一个地面接触元件设置在第一板 面部分116与第二板面部分120之间。地面接触元件132可安装到马达组件136。马达组件136 可安装到板104。马达组件136可包括轴140(参见图2)，轴140可通过一个或多个轴安装件和 一个或多个紧固件诸如多个螺栓联接到板1〇4(参见图2和图4)。马达组件136可配置为使地 面接触元件132围绕(或绕)轴140旋转，以推进交通工具100。例如，马达组件136可包括诸如 轮毂马达144的马达，该轮毂马达144配置为使地面接触元件132围绕轴140旋转，以沿地面 推进交通工具100。马达可以是电动马达。
[0036] 交通工具100可具有俯仰轴线A1、侧倾轴线A2和偏航轴线A3。俯仰轴线A1可以是马 达组件136使轮胎132围绕其旋转的轴线。例如，俯仰轴线A1可穿过轴140(例如，俯仰轴线A1 可以平行于轴140的长形方向并且与其对准）。侧倾轴线A2可以垂直于俯仰轴线A1，并且可 大体上在交通工具100可由马达组件136推进的方向上延伸。例如，侧倾轴线A2可在板104的 长形方向上延伸。偏航轴线A3可以垂直于俯仰轴线A1和侧倾轴线A2。例如，偏航轴线A3可以 正交于由板面部分116、120界定的平面。
[0037] 轮子132可在板面部分116、120之间安装到框架104。轮子132可在由框架104界定 的平面上方和下方延伸。轮子132可配置为围绕位于该平面中的轴线(例如，俯仰轴线A1)旋 转。另外，侧倾轴线A2可位于由框架104界定的平面中。在一些实施例中，俯仰轴线和侧倾轴 线可界定平面。
[0038]轮胎132在脚跟-脚趾方向上（例如，在平行于俯仰轴线A1的方向上）足够宽，使得 骑者可以利用他们自身的平衡来在脚跟-脚趾方向上使他们自己保持平衡。轮胎132可以是 无内胎的，或者可以与内胎一起使用。轮胎132可以是非充气轮胎。例如，轮胎132可以是"无 空气的"、实心的和/或由泡沫制成。轮胎132可具有轮廓，使得骑者可通过脚跟和/或脚趾压 力使交通工具100在轮胎132的边缘上倾斜(和/或使板围绕侧倾轴线A2和/或偏航轴线A3枢 转一见图11和图⑵，以使交通工具100"转弯"。
[0039]轮毂马达144可以安装在轮胎(或轮子）132内，并且可以是内装齿轮型或可以是直 接驱动型。轮毂马达的使用可消除链条和皮带，并且可实现大大改善可操纵性、重量分配和 美观的形状因素。将轮胎132安装到轮毂马达144上可通过可使用可栓接到轮毂马达144上 的轮毂适配器的开口轮辋设计或通过浇铸轮毂马达的外壳使得其直接在轮毂马达的外壳 上提供用于胎圈的安装凸缘来完成。
[0040] 图2示出具有栓接轮毂适配器148、152的轮子组件112的实施例。一个或多个紧固 件诸如多个螺栓156可将轮毂马达144的第一侧连接到轮毂适配器148。轮毂马达144和轮毂 适配器148可定位在轮胎132的开口 158中，其中适配器148的外安装凸缘148a在开口 158的 第一侧(未示出）上邻近胎圈定位。一个或多个紧固件诸如多个螺栓160可将轮毂适配器152 连接到轮毂马达144的第二侧，并且可将适配器152的外安装凸缘152a在开口 158的第二侧 上邻近胎圈162定位。安装凸缘148a、152a可接合相应的胎圈以密封轮胎132的内部以用于 随后的充气。安装凸缘148a、152a可摩擦接合轮胎132以将轮毂马达144的旋转传送到轮胎 132〇
[0041] 轴140可被插入穿过第一轴安装件164的中心孔。轴140的扩大的头部分140a可由 轴安装件164保持。例如，安装件164的中心孔可具有窄的部分，该窄的部分具有小于部分 140a的直径的直径。轴140的螺纹部分140b可依次地延伸穿过套筒168、轮毂适配器148的中 心孔(未示出）、轮毂马达144的中心孔172、轮毂适配器152的中心孔、扭矩杆180的中心孔 176以及第二轴安装件184的中心孔。在螺纹部分140b延伸穿过安装件184的中心孔之后，螺 母186可紧固到螺纹部分140b上以将轮子组件112固定在一起。例如，安装件184的中心孔可 具有窄的部分，该窄的部分具有小于螺母186的直径的直径。
[0042] 非圆形构件190可固定地附接到轮毂马达144的定子(参见图3)。当轮子组件112固 定在一起时，构件190可安置在扭矩杆180的槽180a中，并且扭矩杆180可安置在安装件184 的槽184a中。槽184a可与安装件164的槽164a类似地成形和/或设定尺寸。构件190可摩擦接 合安装件184,以在轮毂马达144的操作期间防止定子旋转。
[0043]套筒168可经设定尺寸以在安装件164、184之间提供轮子组件部件的期望间距。例 如，套筒168的第一端可安置在安装件164的中心孔中或邻近安装件164的中心孔安置，套筒 168的第二端可在轮毂适配器148近侧邻近孔172的侧部(未示出）安置，并且套筒168可具有 在其第一端和第二段之间的提供期望间距的长度。
[0044] 优选地，轮毂马达144是直接驱动型横向磁通无刷马达。横向磁通马达的使用可允 许高的(大体上)即时和连续扭矩以改善电动交通工具的性能。
[0045] 图3示出在俯仰轴线处剖切的轮毂马达144的直接驱动型横向磁通无刷实施例的 示意性示例。如所示，轮毂马达144可包括安装在(或固定地固定到)转子194的外壁的内侧 表面上的磁体192。转子194可固定地附接到轮毂适配器148、152(参见图2)。定子196可固定 地附接到中心孔172(参见图2)延伸穿过的套筒198。套筒198可延伸穿过转子194。套筒198 可固定地附接到构件190(参见图2)。套筒198可架置在附接到转子194的轴承200上。在一些 实施例中，轴承200可附接到套筒198并且可架置在转子194上。相线202可延伸穿过孔172 (或其他合适的开口），并且可将定子196的一个或多个电线圈203与交通工具100的诸如功 率级(power stage)的一个或多个其他电气部件(参见图4和图5)电连接。该一个或多个电 气部件可基于骑者输入驱动轮毂马达144,以推进交通工具100并且主动地使交通工具100 保持平衡(参见图7-12)。例如，该一个或多个电气部件可配置为感测板104围绕俯仰轴线的 移动，并且驱动轮毂马达144以使轮胎132在围绕俯仰轴线的类似方向上旋转。另外，该一个 或多个电气部件可配置为感测板104围绕侧倾轴线和/或偏航轴线的移动，并且基于该感测 的移动调节驱动马达的速率，这可增加交通工具100的性能，特别是在转弯时。
[0046] 例如，该一个或多个电气部件可配置为基于骑者输入(例如，板104的移动)选择性 地使电线圈通电，以产生用于将力施加到磁体192上的电磁场，从而引起转子194相对于定 子196的期望旋转。
[0047] 在一些实施例中，轮毂马达144可以是有刷轮毂马达。可选择地，电动交通工具可 包括适于驱动轮子的轮毂的任何设备和/或马达，诸如设置在轮子轮毂外部的链条驱动机 构、皮带驱动机构、齿轮驱动机构和/或有刷或无刷马达。
[0048] 优选地，轮毂马达144、轮胎132和轴安装件164、184可连接在一起作为子组件(例 如，轮子组件112)，并且然后整合到整体交通工具中（例如，可操作地安装在板104中），以有 利于轮胎的更换和维修。通过利用一个或多个相应的紧固件诸如相应的螺栓204、206(参见 图2)将安装件164、184连接到板104,子组件可以可操作地安装在板104中。图4示出将安装 件184连接到板104的一部分的螺栓204。螺栓206可类似地将安装件164连接到板104的相 对部分。轴安装件164、184可配置为从板104卸下，并且马达可配置为从设置在板104中的一 个或多个电气部件"拔出"，以例如允许骑者从板104移除子组件，从而更换轮胎或对轮子组 件112和/或板104执行其他维修。
[0049] 参照图1和图4,第一防滑垫208可整合到（或连接到）第一板面部分116近侧处板 104的第一端中，并且第二防滑垫212可整合到(或连接到)第二板面部分120近侧处板104的 第二端中。防滑垫208、212可以是可更换的和/或选性地可移除的。例如，防滑垫可包括可更 换的聚合物零件或部件。在一些实施例中，防滑垫可配置为允许骑者在成角度的取向上使 交通工具100停止(例如，通过在骑者从骑者检测装置或开关移除他们的脚之后将板的一端 设定成抵靠地面，这在下面进一步详细描述）。由于板的所述端设定成抵靠地面(或与地面 接触），因而相应的防滑垫通过与地面的表面的磨耗而被磨损。
[0050] 交通工具100可包括一个或多个防滑垫，所述一个或多个防滑垫配置为保护板104 上的颜料或其他面饰剂，并且/或者例如如果交通工具100在其侧部上翻动和/或在其侧部 上沿地面滑动则以其他方式保护交通工具100。例如，一个或多个侧部防滑垫可以可移除地 连接到板的一个或多个相对的纵向侧部(例如，大体上平行于侧倾轴线延伸）。图1示出连接 到板104的第一纵向侧部104a的第一侧部防滑垫216。在图4中，侧部防滑垫216已从第一纵 向侧部104a移除。第二侧部防滑垫(未示出）可类似地可移除地连接到板104的与第一纵向 侧部104a相对的第二纵向侧部104b(参见图4)。侧部防滑垫可作为一个或多个可移除的零 件或部件并入电动交通工具中，并且/或者可以是或可以包括可更换的聚合物零件或部件。
[0051] 防滑垫和/或侧部防滑垫至板的可移除连接可使骑者(或其他用户)选择性地移除 因磨耗而变得被磨损的这些垫中的一个或多个，并且/或者用一个或多个替换垫来替换磨 损的垫。
[0052] 如图4所示，交通工具100可包括柄部220。柄部220可设置在板104的下侧104c上。 柄部220可整合到电气部件中的一个或多个的外壳或壳体中。
[0053] 在一些实施例中，柄部220可在进（IN)位置和出（OUT)位置之间是可操作的。例如， 柄部220可以枢转地连接到板104,其中进位置对应于柄部220大体上与板104的下侧104c齐 平，并且出位置对应于柄部220远离下侧104c被枢转(或折叠），使得柄部220远离板面部分 120而突出。